Пъезоэлектрический приемник звукового давления Советский патент 1978 года по МПК H04R17/02 

Изобретение относится к области пьезоэлектрической техники, в частности « технике измерения и регистрации звукового давления на основе пьезоэффекта, и может использоваться при проектировании пьезоэлектрических приемников звукового давления.

Известные приемники имеют характерную для них предельную чувствительность на заданной резонансной частоте. Это объясняется тем, что чувствительность по давлению на частоте механического резонанса мембраны пропорциональна отношению пьезомод ля к диэлектрической проницаемости, площади мембраны и механической добротности и обратно пропорциональна толщине пьезоэлемента, а частота механического резонанса пропорциональна толщине пьезоэлемента и обратно пропорциональна площади мембраны. Добротность мембраны задается требованиями на частотную полосу пропускания приемника. Поэтому никакими изменениями соотношения размеров мембраны нельзя выиграть в резонансной частоте, не потеряв в чувствительности, и наоборот.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному является пьезоэлектрический приемник звукового давления 2, содержащий закрепленную в корпусе пьезоэлектрическую мембрану, состоящую из двух механически соединенных между собой пьезоэлектрических пластин с антипараллельной поляризацией и электродами, нанесенными на торцы пластин перпендикулярно к направлению поляризации.

Недостатком известного устройства являются потери полезной энергии на сдвиговых деформациях в пьезоэлементе, что уменьшает чувствительность устройства. Цель изобретения - повышение чувствительности приемника.

Цель достигается тем, что пьезоэлектрические пластины размещены с зазором, заполненным слабоупругим материалом.

На чертеже показан пьезоэлектрический

приемник.

В диэлектрическом корпусе 1, например из карболита, закреплена посредством упругих, например металлических, опор 2 н 3 прямоугольная мембрана, состоящая из верхней 4

и нижней 5 пластин. Последние в свою очередь соединены между собой по краям при помощи опор 2 и 3, а в центре - штифтом 6, например, из карболита. На торцы пластин мембраны нанесены токопроводящие электро .

Ды 7-10, попарно соединенные между собой. Зазор между пластинами мембраны заполнен слабоупругим материалом, например поролоном И. Краями других противоположных сторон мембрана оперта на корпус. Верхняя и

нижняя пластины мембраны выполнены из керамики, например ЦТС-19, и поляризованы антипараллельно друг другу. Благодаря тому, что мембрана экранирована с одной стороны корпусом 1 от акустического воздействия, верхняя пластина 4 пьезоэлектрической мембраны прогибается и смещение передается на пластину 5 через штифт 6, при этом в пластинах 4 и 5 возникают механические напряжения разного знака, вызывающие электрические сигналы соответственно одинаковых знаков на электродах 7, 8 и 9, 10 благодаря антипараллельной поляризации последних. Так как колебания происходят на резонансной частоте мембраны, добротность которой обусловлена материалом, заполняющим зазор, деформация пластин 4 и 5 мембраны в основно.м определяется запасенной реактивной механической энергией, т. е. соответствует свободным механическим колебаниям пьезоэлектрической мембраны. В этом случае для определения деформации сдвига т применима формула Журавского Q-.: 1.-Ь где Q - перерезывающая сила; статический момент инерции сечения, равный произведеиию площади сечения пьезоэлемента на расстояние между центрами его пластин; 1х - момент инерции цьезоэлемента; b - щирина пьезоэлемента. В частном случае, когда зазор между пластинами 5 и 4 равен их толщине, деформация сдвига уменьщается более, чем в 1,6 раза, что приводит к увеличению чувствительности на той же резонансной частоте мембраны также в 1,6 раза. Кроме того, устранение склейки пластин пьезоэлемента уменьщает потери на трение из-за деформации сдвига, наблюдающихся между склеенными пластинами. Если на добротность не наложено ограничение сверху, как это обычно бывает при задании полосы пропускания, то подобное выполнение мембраны позволяет существенно увеличить добротность, а следовательно, и чувствительность на резонансе. Электроды 7, 8 могут быть соединены непосредственно с опорой 2, а электроды 9, 10 - с опорой 3. Формула изобретения Пьезоэлектрический приемник звукового давления, содержащий закрепленную в корпусе пьезоэлектрическую мембрану, состоящую из двух механически соединенных Между собой пьезоэлектрических нластин с антипараллельной поляризацией и электродами, нанесенными на торцы пластин перпендикулярно к направлению поляризации, отличающийся тем, что, с целью повыщения чувствительности, пьезоэлектрические пластины размещены с зазором, заполненным слабоупругим материалом. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Скучик Е. Основы акустики. Ч. I. М., «Иностранная литература, 1958. 2 Авторское свидетельство СССР №362514, кл. И 04R 17/02, 1970.

ff

9 3